KR101626287B1 - Etching of plastic using acidic solutions containing trivalent manganese - Google Patents

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Abstract

도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법이 기재된다. 상기 방법은, (a) 9몰 내지 15몰 황산 또는 인산 용액 중의 망간(II) 용액을 포함하는 전해질을 전해조에 제공하는 단계; (b) 애노드 및 캐소드를 포함하는 상기 전해조에 전류를 인가하는 단계; 및 (c) 상기 전해질을 산화시켜 망간(III) 이온들을 형성하며, 여기서, 상기 망간(III) 이온들은 준안정성 설페이트 착물을 형성하는 단계를 포함한다. 이후, 상기 도금가능한 플라스틱을, 후속 도금 단계들 전에, 상기 도금가능한 기재를 에칭하기 위한 시간 동안 상기 준안정성 설페이트 착물에 액침시킬 수 있다.A method of producing a solution capable of etching a platable plastic is described. The method comprises the steps of: (a) providing an electrolytic bath to an electrolyte comprising a solution of manganese (II) in a 9 to 15 moles sulfuric acid or phosphoric acid solution; (b) applying an electric current to the electrolytic cell comprising an anode and a cathode; And (c) oxidizing the electrolyte to form manganese (III) ions, wherein the manganese (III) ions comprise forming a metastable sulfate complex. The platable plastic may then be immersed in the metastable sulfate complex for a time to etch the platable substrate prior to subsequent plating steps.

Description

3가 망간을 포함하는 산성 용액을 사용하는 플라스틱의 에칭 {ETCHING OF PLASTIC USING ACIDIC SOLUTIONS CONTAINING TRIVALENT MANGANESE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to etching of plastics using an acidic solution containing trivalent manganese,

본 발명은 일반적으로, 플라스틱 상에의 후속 도금(subsequent plating)을 위한 플라스틱의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention generally relates to a method of making plastics for subsequent plating on plastics.

다양한 목적을 위해 비-전도성 기재(substrate)(즉, 플라스틱)를 금속으로 도금하는 것은 당해 기술분야에서 익히 공지되어 있다. 플라스틱 금형은 제조 비용이 비교적 저렴하며, 금속 도금된 플라스틱은 다수의 분야에서 사용된다. 예를 들면, 금속 도금된 플라스틱은 장식용으로 그리고 전자 장치 제작용으로 사용된다. 장식용으로 사용된 예에는 트림(trim)과 같은 자동차 부품들이 포함된다. 전자 장치에 사용된 예들에는, 선택적 패턴으로 도금된 금속이 인쇄 회로 기판의 도체들을 구성하는 인쇄 회로들, 및 EMI 차폐용으로 사용되는 금속 도금된 플라스틱이 포함된다. ABS 수지는 장식 목적으로 가장 흔하게 도금되는 플라스틱이며, 한편 페놀 수지 및 에폭시 수지는 인쇄 회로 기판 제작용으로 가장 흔하게 도금되는 플라스틱이다.It is well known in the art to metallize a non-conductive substrate (i.e., plastic) for various purposes. Plastic molds are relatively inexpensive to manufacture, and metal plated plastics are used in many fields. For example, metal plated plastics are used for decorative purposes and for manufacturing electronic devices. Examples used for decorative purposes include automotive parts such as trim. Examples used in electronic devices include printed circuits in which metals plated in a selective pattern constitute conductors of a printed circuit board, and metal plated plastics used for EMI shielding. ABS resins are the most commonly plated plastic for decorative purposes, while phenolic and epoxy resins are the most commonly plated plastics for printed circuit board fabrication.

후속 도금을 위한 플라스틱의 제조는 다단계 공정이며, 통상적인 공정 단계들에는 다음의 것들이 포함된다:The manufacture of plastics for subsequent plating is a multi-step process, and typical process steps include:

1) 상기 기재를 크롬산 에칭 용액으로 에칭하는 단계;1) etching the substrate with a chromic acid etching solution;

2) 상기 에칭된 표면을 크롬 중화 용액으로 중화시키는 단계;2) neutralizing the etched surface with a chromium neutralizing solution;

3) 상기 에칭된 표면을 콜로이드성 팔라듐 주석 활성제를 사용하여 활성화시키는 단계;3) activating the etched surface with a colloidal palladium tin activator;

4) 상기 주석을 촉진 단계로 제거하는 단계; 및4) removing the tin by a promoting step; And

5) 무전해 구리 또는 무전해 니켈의 층을 침착시킨 후, 전해 구리 및/또는 전해 니켈 도금을 수행하는 단계.5) depositing a layer of electroless copper or electroless nickel followed by electrolytic copper and / or electrolytic nickel plating.

상기 플라스틱 기재의 초기 에칭은 상기 전체 공정의 필수적 부분이며, 본질적으로 모든 상업적 공정들이, 상기 플라스틱 에칭 단계를 위한 6가 크롬의 공급원으로서 크롬산 에칭 용액을 사용하고 있다. 이러한 공정은 다수의 특징을 갖는다. ABS 및 ABS/폴리카보네이트 블렌드들을 포함하는 각종 플라스틱들은 우수한 플레이트 외관 및 부착력으로 도금될 수 있다. 폴리카보네이트 또는 폴리프로필렌을 더 높은 수준으로 함유하는 더 고난도의 플라스틱을 도금하기 위해 크롬산 에칭 용액 중의 액침(immersion) 시간 및/또는 온도를 증가시킬 수 있다. 또한, 순수한 폴리카보네이트와 같은, 내에칭성인 극도의 고난도 플라스틱은 상기 크롬 에칭 단계 전에 용매를 혼입시킴으로써 도금될 수 있다.The initial etching of the plastic substrate is an integral part of the overall process, and essentially all commercial processes use a chromic acid etch solution as the source of hexavalent chromium for the plastic etch step. This process has a number of features. Various plastics, including ABS and ABS / polycarbonate blends, can be plated with excellent plate appearance and adhesion. The immersion time and / or temperature in the chromic acid etch solution can be increased to plate the more difficult plastic containing higher levels of polycarbonate or polypropylene. In addition, extreme hardness plastics that are etch resistant, such as pure polycarbonate, can be plated by incorporating a solvent prior to the chromium etching step.

단지 몇몇 타입의 플라스틱 성분들만이 도금에 적합하며, 상기 논의된 바와 같이, 전기도금을 위한 가장 흔한 타입의 플라스틱은 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS) 또는 상기 물질과 폴리카보네이트와의 블렌드(ABS/PC)이다. ABS는 2개의 상들로 이루어져 있다. 아크릴로니트릴/스티렌 공중합체로 이루어진 비교적 경질인 상(phase)과, 더 연질인 폴리부타디엔 상이 존재한다. 현재, 상기 물질은 크롬산과 황산의 혼합물을 사용하여 거의 대부분 에칭된다. 이러한 산화성 산 혼합물은 ABS 및 ABS/PC를 위한 에칭제로서 매우 효과적이다. 상기 플라스틱의 폴리부타디엔 상은 중합체 주쇄 내에 이중 결합들을 함유하며, 이들이 상기 크롬산에 의해 산화되어, 상기 플라스틱 표면에서 노출된 폴리부타디엔 상이 완전히 파괴되고 용해되어, 상기 플라스틱 표면의 효과적인 에칭이 달성된다.Only some types of plastic components are suitable for plating, and as discussed above, the most common types of plastics for electroplating are acrylonitrile / butadiene / styrene (ABS) or a blend of the above materials with polycarbonate / PC). The ABS consists of two phases. There is a relatively rigid phase consisting of an acrylonitrile / styrene copolymer and a softer polybutadiene phase. Currently, the material is mostly etched using a mixture of chromic acid and sulfuric acid. This oxidizing acid mixture is very effective as an etchant for ABS and ABS / PC. The polybutadiene phase of the plastic contains double bonds within the polymer backbone, which are oxidized by the chromic acid to completely break and dissolve the polybutadiene phase exposed on the plastic surface, thus achieving effective etching of the plastic surface.

상기 에칭 단계의 목적은 두 가지이다. 첫째는, 상기 플라스틱을 에칭하여 표면적을 증가시키기 위함이다. 둘째는, 상기 플라스틱을 친수성으로 만들어 표면을 후속 활성화 및 도금 스테이지들에 수용적으로(receptive) 되도록 하기 위함이다. 통상적인 크롬산 에칭 용액들은, 예를 들면, 터버겐(Tubergen) 등의 미국 특허 제4,610,895호, 조쉬(Joshi)의 미국 특허 제6,645,557호 및 클린거(Klinger) 등의 미국 특허 제3,445,350호에 기재되어 있으며, 상기 특허문헌들은 이의 전문이 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.The purpose of the etching step is twofold. First, the plastic is etched to increase the surface area. The second is to make the plastic hydrophilic so that the surface is receptive to subsequent activation and plating stages. Typical chromic acid etch solutions are described, for example, in U.S. Patent No. 4,610,895 to Tubergen et al., U.S. Patent No. 6,645,557 to Joshi, and U.S. Patent No. 3,445,350 to Klinger et al. Which patent documents are incorporated herein by reference in their entirety.

전형적인 크롬산 에칭 단계의 하나의 문제는, 크롬산은 공인된 발암 물질이며 규제가 점점 강화되고 있다는 것으로, 가능한 모든 경우에, 크롬산의 사용을 더 안전한 다른 물질들로 대체할 것이 강요된다. 또한 크롬산 에칭제의 사용은, 크롬 화합물들의 독성으로 인해 이들의 폐기처분이 어렵다는 것과, 크롬산 잔류물들이 중합체 표면 위에 남아 무전해 침착을 억제한다는 것과, 처리 후 중합체 표면으로부터 크롬산 잔류물들을 세척하기가 어렵다는 것을 포함하는 익히 공지된 중대한 결점들을 갖는다. 추가로, 고온의 6가 크롬 황산 용액들이 작업자들에게 유해한 것은 당연하다. 이러한 크롬 에칭 용액들과 일상적으로 관련되어 있는 작업자들에게는 화상 및 상기도 출혈이 흔하게 나타난다. 따라서, 산성 크롬 에칭 용액들에 대한 더 안전한 대체 물질들을 개발하는 것이 매우 바람직하다.One problem with typical chromic acid etching steps is that chromic acid is an approved carcinogen and that regulation is being strengthened, and in all cases it is compulsory to replace the use of chromic acid with other safer materials. The use of chromic acid etchants also has the disadvantage that they are difficult to dispose of due to the toxicity of the chromium compounds and that the chromic acid residues remain on the polymer surface to inhibit electroless deposition and that the chromic acid residues Which is known to those skilled in the art. In addition, it is natural that high temperature hexavalent chromium sulfate solutions are harmful to workers. Burns and bleeding are common in workers routinely associated with these chromium etching solutions. Thus, it is highly desirable to develop safer alternative materials for acidic chromium etching solutions.

과망간산염 용액들이 스탈(Stahl) 등의 미국 특허 제3,625,758호에 기재되어 있으며, 상기 특허문헌은 이의 전문이 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 스탈(Stahl)은, 표면 제조를 위한, 크롬 및 황산 욕 또는 과망간산염 용액의 적합성을 시사한다.Permanganate solutions are described in U.S. Patent No. 3,625,758 to Stahl et al., Which is incorporated herein by reference in its entirety. Stahl suggests the suitability of chromium and sulfuric acid baths or permanganate solutions for surface preparation.

커듀벨리스(Courduvelis) 등의 미국 특허 제4,948,630호(상기 특허문헌은 이의 전문이 인용에 의해 본 명세서에 포함된다)는, 과망간산염 용액의 산화 전위보다 더 높은 산화 전위를 가져서 망간산염 이온들을 과망간산염 이온들로 산화시킬 수 있는 차아염소산나트륨과 같은 물질을 추가로 함유하는 고온의 알칼리성 과망간산염 용액을 기술한다. 케인(Cane)의 미국 특허 제5,648,125호(상기 특허문헌은 이의 전문이 인용에 의해 본 명세서에 포함된다)는 과망간산칼륨 및 수산화나트륨을 포함하는 알칼리성 과망간산염 용액의 사용을 기술하며, 여기서, 상기 과망간산염 용액은 승온, 즉 약 165℉ 내지 200℉에서 유지된다. 폴리쳇(Polichette) 등의 미국 특허 제4,042,729호(상기 특허문헌은 이의 전문이 인용에 의해 본 명세서에 포함된다)는 물, 과망간산염 이온 및 망간산염 이온을 포함하는 에칭 용액을 기술하며, 여기서, 과망간산염 이온에 대한 망간산염 이온의 몰 비는 조절되고, 상기 용액의 pH는 11 내지 13으로 유지된다.U.S. Patent No. 4,948,630 to Courduvelis, et al., Which is incorporated herein by reference in its entirety, has an oxidation potential that is higher than the oxidation potential of a permanganate solution to produce manganate ions as permanganate Describes a hot alkaline permanganate solution that additionally contains a material such as sodium hypochlorite that can be oxidized to ions. U.S. Patent No. 5,648,125 to Cane, which is incorporated herein by reference in its entirety, describes the use of an alkaline permanganate solution comprising potassium permanganate and sodium hydroxide, wherein the permanganate The salt solution is maintained at elevated temperature, i.e., about 165 ° F to 200 ° F. US Pat. No. 4,042,729 to Polichette et al., Which is incorporated herein by reference in its entirety, describes an etching solution comprising water, permanganate ion and manganate ion, The molar ratio of manganate ion to permanganate ion is controlled and the pH of the solution is maintained at 11-13.

차오(Chao)의 미국 특허 제5,229,169호(상기 특허문헌은 이의 전문이 인용에 의해 본 명세서에 포함된다)는 폴리카보네이트-ABS 수지(또는 이와 유사한 다른 수지)의 표면 위에 금속 층을 침착시키는 공정을 기술하며, 상기 공정은, 상기 표면을 금속 수산화물 수용액과 접촉시키는 단계, 상기 표면을 수용성 과망간산염의 알칼리성 수용액과 접촉시키는 단계, 망간 화합물들의 모든 잔류물을 환원제와 접촉시켜 제거하는 단계, 및 상기 표면 위에 무전해 금속 층을 침착시키는 단계를 포함한다. 상기 알칼리성 과망간산염은 일반적으로 과망간산나트륨 또는 과망간산칼륨을 포함하고, 상기 환원제는, 예를 들면, 하이드록실아민 염 용액을 포함할 수 있다.US Patent No. 5,229,169 to Chao (incorporated herein by reference) discloses a process for depositing a metal layer on the surface of a polycarbonate-ABS resin (or other similar resin) Contacting the surface with an alkaline aqueous solution of a water-soluble permanganate, removing all residues of the manganese compounds by contact with a reducing agent, and contacting the surface with a reducing agent, And depositing an electroless metal layer. The alkaline permanganate generally comprises sodium permanganate or potassium permanganate, and the reducing agent may comprise, for example, a hydroxylamine salt solution.

그러나, (에폭시계 인쇄 회로 기판들 외에) 플라스틱을 에칭하기 위해 과망간산염을 사용하는 시도들은 그다지 성공적이지 못하다. 첫째는, 상기 플라스틱의 표면 처리가 일관적이지 않아, 동일한 처리 조건하에 어떤 때는 우수한 부착력을 제공하고 어떤 때는 불량한 부착력을 제공한다. 둘째는, 과망간산염 용액들이 불안정할 수 있고 짧은 수명을 가지며 이산화망간으로 빠르게 분해된다. 또한, 크롬 에칭제에 비해, 과망간산염은 덜 효과적이어서, 일반적인 금속 피니싱 작업에서 도금되는 광범위한 플라스틱 혼합물들에는 적합하지 않다.However, attempts to use permanganates to etch plastics (besides epoxy based printed circuit boards) are not very successful. First, the surface treatment of the plastics is inconsistent, providing excellent adhesion at times under the same processing conditions, and sometimes poor adhesion. Second, permanganate solutions can be unstable, have a short life span and are rapidly degraded into manganese dioxide. In addition, compared to chromium etchants, permanganates are less effective and are not suitable for a wide range of plastics mixtures plated in common metal finishing operations.

과망간산염 이온들을 사용하여 플라스틱을 에칭하기 위한 이러한 시도들은, 크롬산을 사용하여 수득되는 것들에 필적하는 에칭 특성들을 생성할 수 없으며, 또한 상기 에칭 용액들의 안정성이 불량하여 이산화망간 슬러지의 형성을 초래한다.These attempts to etch plastics using permanganate ions are incapable of producing etch characteristics comparable to those obtained using chromic acid and also lead to the formation of manganese dioxide sludge with poor stability of the etch solutions.

또한, 크롬 에칭을 대체하기 위한 기타 시도들이 선행 기술에 개시되어 있다. 예를 들면, 패텔(Patel) 등의 미국 특허 제4,941,940호, 제5,015,329호 및 제5,049,230호(상기 특허문헌들은 이의 전문이 인용에 의해 본 명세서에 포함된다)는, 적어도 하나의 팽윤제 및 적어도 하나의 분해제를 포함하는 에칭 용액을 사용하여, 폴리카보네이트와 같은 관능화된 중합체들을 예비-팽윤시키고 에칭하는 단일 단계 또는 다단계 공정을 기술한다. 상기 제조된 기재들은 이후에 무전해 니켈 또는 무전해 구리로 도금된다.In addition, other attempts to replace chromium etching have been disclosed in the prior art. Patel et al., US Pat. Nos. 4,941,940, 5,015,329 and 5,049,230, the disclosures of which are hereby incorporated by reference in their entirety, disclose a composition comprising at least one swelling agent and at least one Stage or multi-step process for pre-swelling and etching functionalized polymers such as polycarbonate, using an etching solution that includes dissolution of the solvent in the solution. The prepared substrates are then plated with electroless nickel or electroless copper.

패텔(Patel) 등의 미국 특허 제5,160,600호(상기 특허문헌은 이의 전문이 인용에 의해 본 명세서에 포함된다)는, 크롬산 에칭 용액을, 황산 및 임의로 인산 및/또는 질산을 포함하는 에칭 용액으로 대체한다. 상기 처리된 기재는 이후에 팔라듐 수성 현탁액에 액침된다.Patel et al., US Pat. No. 5,160,600 (the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety) discloses a method of replacing a chromic acid etching solution with an etching solution comprising sulfuric acid and optionally phosphoric acid and / or nitric acid. do. The treated substrate is then immersed in a palladium aqueous suspension.

상기 산화제 용액이 6가 크롬 용액이든 과망간산염 용액이든 상관 없이, 상기 용액과의 접촉은 플라스틱 부분의 표면 위에 산화제 잔류물을 체류시켜 촉매 표면을 오염시키는 작용을 함으로써, 금속 침착을 방해하고 종종 공극 형성을 초래한다. 단순한 물 세척은 일반적으로 상기 잔류물을 제거하기에는 부적절하며, 이에 따라 당업계는 환원제 용액과 접촉시키는 추가의 단계에 의존해 왔으나, 산화제 잔류물의 제거에는 단순한 환원보다 더 많은 화학 반응이 관련되어 있다. 환원제에 의한 과망간산염 잔류물의 제거는 상기 언급된 터버겐(Tubergen)의 미국 특허 제4,610,895호 및 조쉬(Joshi)의 미국 특허 제6,645,557호에 기재되어 있다.Regardless of whether the oxidant solution is a hexavalent chromium solution or a permanganate solution, contact with the solution acts to stagnate the catalyst surface by retaining oxidant residues on the surface of the plastic portion, thereby hindering metal deposition and often forming voids ≪ / RTI > Simple water rinsing is generally inadequate to remove the residues and thus the art has relied upon additional steps of contacting the reducing agent solution, but removal of the oxidizing agent involves more chemical reaction than simple reduction. Removal of permanganate residues by reducing agents is described in U.S. Patent No. 4,610,895 to Tubergen and U.S. Patent No. 6,645,557 to Joshi, all of which are mentioned above.

쉽게 알 수 있는 바와 같이, 금속화를 위한 비-전도성 기재의 제조 공정에서 크롬산의 대체물로서 다수의 에칭 용액들이 제안되어 왔다. 그러나, 이들 공정들은 다양한 경제적, 성능적 및/또는 환경적 이유들로 만족스럽지 못한 것으로 입증되었으며, 이들 공정들은 상업적 성공을 달성하지 못했거나 크롬산 에칭에 적합한 대체 수단으로서 산업에 의해 받아들여지지 못했다.As can be readily seen, a number of etching solutions have been proposed as replacements for chromic acid in the process of making non-conductive substrates for metallization. However, these processes have proved unsatisfactory for a variety of economic, performance and / or environmental reasons and these processes have not achieved commercial success or have not been accepted by the industry as an alternative to chromic acid etching.

과망간산염계 용액들은 슬러지를 형성하고 자가-분해를 일으키는 경향이 있다는 것에 주목해 왔다. 강산성 조건하에, 과망간산염 이온들은 하기 반응에 따라 수소 이온들과 반응하여 망간(II) 이온들과 물을 생성할 수 있다:It has been noted that permanganate solutions tend to form sludge and cause self-degradation. Under strongly acidic conditions, permanganate ions can react with hydrogen ions to produce manganese (II) ions and water according to the following reaction:

4MnO4 - + 12-H+ → 4Mn2 + + 6H2O + 5O2 (1) 4MnO 4 - + 12-H + → 4Mn 2 + + 6H 2 O + 5O 2 (1)

상기 반응에 의해 형성된 망간(II) 이온들은 이후에 하기 반응에 따라 과망간산염 이온들과의 추가 반응을 일으켜 이산화망간의 슬러지를 형성할 수 있다:The manganese (II) ions formed by this reaction can then undergo further reaction with permanganate ions according to the following reaction to form sludge of manganese dioxide:

2MnO4 - + 2H2O + 3Mn2 + → 5MnO2 + 4H+ (2) 2MnO 4 - + 2H 2 O + 3Mn 2 + → 5MnO 2 + 4H + (2)

따라서, 강산성 과망간산염 용액들을 기반으로 하는 제형들은, 상기 과망간산염 이온이 과망간산염의 알칼리 금속 염에 의해 첨가된 것이든 동일 반응계에서 전기화학적으로 발생된 것이든 관계없이, 본질적으로 불안정하다. 현재 사용되는 크롬산 에칭제에 비해, 산성 과망간산염은 불량한 화학 안정성으로 인해 대규모의 상업적 분야에서는 효율적으로 사용되지 못한다. 알칼리성 과망간산염 에칭제가 더욱 안정하며, 이는 에폭시계 인쇄 회로 기판의 에칭을 위한 인쇄 회로 기판 산업에서 광범위하게 사용되지만, 알칼리성 과망간산염은 ABS 또는 ABS/PC와 같은 플라스틱에 대해서는 효과적인 에칭제가 아니다. 따라서, 망간(VII)은 이들 물질들을 위한 에칭제로서의 광범위한 상업적 수용을 획득할 가능성이 없다.Thus, formulations based on strongly acidic permanganate solutions are inherently unstable, irrespective of whether the permanganate ion is added by the alkali metal salt of the permanganate salt or electrochemically generated in situ. Compared to currently used chromic acid etchants, acidic permanganates are not efficiently used in large commercial applications due to poor chemical stability. The alkaline permanganate etchant is more stable, which is widely used in the printed circuit board industry for etching epoxy based printed circuit boards, but alkaline permanganate is not an effective etchant for plastics such as ABS or ABS / PC. Thus, manganese VII is unlikely to achieve broad commercial acceptance as an etchant for these materials.

크롬산을 사용하지 않고서 ABS를 에칭하기 위한 기타 시도들은 전기화학적으로 발생된 은(II) 또는 코발트(III)의 사용을 포함한다. 다년간, 특정 금속들은 고도로 산화성인 산화 상태들로 애노드 산화될 수 있는 것으로 공지되어 왔다. 예를 들면, 망간(II)은 과망간산염(망간 VI)으로 산화될 수 있고, 코발트는 코발트(II)로부터 코발트(III)으로 산화될 수 있으며, 은은 은(I)로부터 은(II)로 산화될 수 있다.Other attempts to etch ABS without the use of chromic acid include the use of electrochemically generated silver (II) or cobalt (III). Over the years, it has been known that certain metals can be anodized into highly oxidizing oxidation states. For example, manganese (II) can be oxidized to a permanganate (manganese VI) and cobalt can be oxidized from cobalt (II) to cobalt (III) .

(산 형태 또는 알칼리 형태의) 과망간산염을 기반으로 하거나 또는 임의의 다른 산화 상태의 망간을 기반으로 하는, 또는 다른 산 또는 산화제를 사용하는, 플라스틱에 적합한 상업적으로 성공한 에칭제는 현재 존재하지 않는다.There is currently no commercially available etchant suitable for plastics based on permanganate (in acid or alkali form) or based on manganese in any other oxidation state, or using other acids or oxidants.

따라서, 당업계에서는, 크롬산을 함유하지 않고 상업적으로 허용되는, 후속 전기도금을 위한 플라스틱 기재를 제조하기 위한 개선된 에칭제가 여전히 요구되고 있다.Thus, there is still a need in the art for improved etchants for making plastic substrates for subsequent electroplating that are commercially acceptable without chromic acid.

발명의 개요Summary of the Invention

본 발명의 목적은, 크롬산을 포함하지 않는, 플라스틱 기재를 위한 에칭제를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an etching agent for a plastic substrate which does not contain chromic acid.

본 발명의 또 다른 목적은, 상업적으로 허용되는, 플라스틱 기재를 위한 에칭제를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a commercially acceptable etchant for plastic substrates.

본 발명의 또 다른 목적은, 망간 이온들을 기반으로 하는, 플라스틱 기재를 위한 에칭제를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide an etchant for plastic substrates based on manganese ions.

본 발명은 일반적으로, ABS, ABS/PC 및 기타 플라스틱 물질들의 에칭에 적합한 조성물 및 상기 조성물의 사용 방법에 관한 것이다.The present invention generally relates to compositions suitable for etching ABS, ABS / PC and other plastics materials, and methods of using the compositions.

하나의 양태에서, 본 발명은 일반적으로, 플라스틱 기재를 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은,In one aspect, the present invention relates generally to a method of making a solution capable of etching a plastic substrate,

9몰(mloar) 내지 15몰 황산 또는 인산 용액 중의 망간(II) 용액을 포함하는 전해질을 전해조(electrolytic cell)에 제공하는 단계;Providing an electrolytic cell with an electrolyte comprising manganese (II) solution in moles to 15 moles sulfuric acid or in a phosphoric acid solution;

애노드 및 캐소드를 포함하는 상기 전해조에 전류를 인가하는 단계;Applying an electric current to the electrolyzer including an anode and a cathode;

상기 전해질을 산화시켜 망간(III) 이온들을 형성하며, 여기서, 상기 망간(III) 이온들은 준안정성 설페이트 착물을 형성하는 단계; 및Oxidizing the electrolyte to form manganese (III) ions, wherein the manganese (III) ions form a metastable sulfate complex; And

상기 전해질 중에서 상기 플라스틱 기재를 처리하는 단계Treating the plastic substrate among the electrolytes

를 포함한다..

또 다른 양태에서, 본 발명은 일반적으로, 플라스틱 기재를 에칭할 수 있는 전해질에 관한 것으로, 상기 전해질은 9몰 내지 15몰 황산 또는 인산 용액 중의 망간(III) 용액을 포함한다.In another aspect, the present invention generally relates to an electrolyte capable of etching a plastic substrate, wherein the electrolyte comprises a manganese (III) solution in a 9 to 15 moles sulfuric acid or phosphoric acid solution.

하나의 바람직한 양태에서, 상기 전해질 조성물은 30 내지 80℃의 온도에서 ABS 또는 ABS/PC를 에칭하는 데 사용될 수 있다.In one preferred embodiment, the electrolyte composition can be used to etch ABS or ABS / PC at a temperature of 30 to 80 占 폚.

바람직한 양태의 상세한 설명DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

본 발명자들은, 강한 황산 중의 2가 망간 이온들의 낮은 전류 밀도에서의 전기분해에 의해 3가 망간이 용이하게 생성될 수 있음을 밝혀내었다. 더욱 특히, 본 발명자들은, 강산성 용액 중의 3가 망간 이온들의 용액은 ABS를 에칭할 수 있음을 밝혀내었다.The present inventors have found that trivalent manganese can be easily produced by electrolysis at a low current density of divalent manganese ions in strong sulfuric acid. More particularly, the inventors have found that solutions of trivalent manganese ions in strongly acidic solutions can etch ABS.

3가 망간은 불안정하며 고도로 산화성이다(정상 수소 전극에 대한 표준 산화환원 전위(standard redox potential) 1.51). 용액 중에서, 3가 망간은 하기 반응을 통해 이산화망간 및 2가 망간으로 매우 빠르게 불균등화된다:Trivalent manganese is unstable and highly oxidative (standard redox potential for normal hydrogen electrodes is 1.51). In solution, trivalent manganese is very rapidly disproportionated to manganese dioxide and divalent manganese through the following reaction:

2Mn3 + + 2H2O → MnO2 + Mn2 + + 4H+ (3) 2Mn 3 + + 2H 2 O → MnO 2 + Mn 2 + + 4H + (3)

그러나, 강한 황산 용액 중에서는, 3가 망간 이온이 준안정성으로 되어 체리 퍼플색/적색의 설페이트 착물을 형성한다. 본 발명자들은, 이러한 설페이트 착물은, ABS의 에칭을 위한 적합한 매질이며, 위에 기재된 크롬-비함유 에칭제들에 비해 다수의 이점들을 갖는다는 것을 밝혀내었다.However, in a strong sulfuric acid solution, the trivalent manganese ion becomes metastable to form a sulfate complex of cherry purple / red. The present inventors have found that such sulfate complexes are suitable media for the etching of ABS and have a number of advantages over the chromium-free etchants described above.

하나의 양태에서, 본 발명은 일반적으로, 플라스틱 기재를 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은,In one aspect, the present invention relates generally to a method of making a solution capable of etching a plastic substrate,

9몰 내지 15몰 황산 또는 인산 용액 중의 망간(II) 이온들을 포함하는 전해질을 전해조에 제공하는 단계;Providing an electrolytic bath to an electrolyte comprising manganese (II) ions in a 9 to 15 moles sulfuric acid or phosphoric acid solution;

애노드 및 캐소드를 포함하는 상기 전해조에 전류를 인가하는 단계;Applying an electric current to the electrolyzer including an anode and a cathode;

상기 전해질을 산화시켜 망간(III) 이온들을 형성하며, 여기서, 상기 망간(III) 이온들은 준안정성 설페이트 착물을 형성하는 단계; 및Oxidizing the electrolyte to form manganese (III) ions, wherein the manganese (III) ions form a metastable sulfate complex; And

상기 플라스틱 기재의 표면을 에칭하기 위해 상기 플라스틱 기재를 상기 전해질로 처리하는 단계Treating the plastic substrate with the electrolyte to etch the surface of the plastic substrate;

를 포함한다..

바람직한 양태에서, 상기 플라스틱 기재는 ABS 또는 ABS/PC를 포함한다.In a preferred embodiment, the plastic substrate comprises ABS or ABS / PC.

인산과 황산 둘 다 본 발명의 조성물에서 효과가 있을 것으로 사료되지만, 바람직한 양태에서, 상기 산은 황산이다. 황산 및 인산 중의 망간(III) 이온들의 안정성이 연구되었다. 주위 온도에서, 7M 황산 중에서의 망간(III) 이온들의 반감기는 2년 정도이다. 이에 반해, 7M 인산 중에서의 유사한 농도의 망간(III) 이온들의 반감기는 약 12일이었다. 황산 중의 망간(III) 이온들의 안정성이 훨씬 더 높은 것은, 망간-설페이트 착물들의 형성과, 황산 용액 중의 이용가능한 수소 이온의 더 높은 농도가 원인인 것으로 사료된다. 인산 사용에 대한 추가의 문제는 인산망간(III)의 한정된 용해도이다. 따라서, 인산과 같은 기타 무기 산들을 본 발명의 조성물에 사용할 수 있기는 하나, 일반적으로는 황산을 사용하는 것이 바람직하다.Both phosphate and sulfuric acid will be effective in the compositions of the present invention, but in a preferred embodiment, the acid is sulfuric acid. The stability of manganese (III) ions in sulfuric acid and phosphoric acid has been studied. At ambient temperature, the half-life of manganese (III) ions in 7M sulfuric acid is about two years. In contrast, the half life of manganese (III) ions at similar concentrations in 7M phosphoric acid was about 12 days. The much higher stability of manganese (III) ions in sulfuric acid is believed to be due to the formation of manganese-sulfate complexes and the higher concentration of available hydrogen ions in the sulfuric acid solution. A further problem with the use of phosphoric acid is the limited solubility of manganese (III) phosphate. Therefore, although other inorganic acids such as phosphoric acid can be used in the composition of the present invention, it is generally preferable to use sulfuric acid.

강한 황산 중의 망간(III) 이온들의 뛰어난 안정성은 다음과 같은 사용상 이점들을 제공한다:The excellent stability of the manganese (III) ions in the strong sulfuric acid provides the following operating advantages:

1) Mn(III) 이온들이 낮은 전류 밀도에서 형성되기 때문에, 상기 공정을 위한 전력 요구량이 통상적으로 매우 낮다.1) Since the Mn (III) ions are formed at low current densities, the power demand for the process is typically very low.

2) 애노드가 매우 낮은 전류 밀도에서 작동하기 때문에, 애노드 면적에 비해 작은 캐소드를 사용하여 Mn(III) 이온들의 캐소드 환원을 방지할 수 있다. 이는 분할된 전해조에 대한 필요성을 제거하며 에칭제 재생 셀(regeneration cell)의 엔지니어링을 더 간단하게 한다.2) Because the anode operates at a very low current density, a cathodic reduction of Mn (III) ions can be prevented using a cathode that is smaller than the anode area. This eliminates the need for a split electrolytic cell and simplifies the engineering of the etchant regeneration cell.

3) 상기 공정은 과망간산염 이온들을 생성하지 않기 때문에, 상기 용액 중에 칠산화망간을 생성할 가능성이 없다(상기 칠산화망간은 폭발성이 강하기 때문에 상당한 안전상의 위험이 있다).3) Since the process does not produce permanganate ions, there is no likelihood of producing manganese oxide in the solution (the manganese oxide described above is highly explosive and thus poses a significant safety risk).

4) 강한 황산 중의 Mn(III) 이온들의 높은 안정성 때문에, 에칭제는 즉석 사용이 가능한 형태로 판매될 수 있다. 제조시, 에칭제의 Mn(III) 함량을 유지하고 Mn(III) 이온들의 축적을 방지하기 위해, 에칭제는 탱크 측면의 소형 재생 셀만을 필요로 한다.4) Because of the high stability of Mn (III) ions in strong sulfuric acid, the etchant can be sold in ready-to-use form. In order to maintain the Mn (III) content of the etchant and prevent the accumulation of Mn (III) ions, the etchant only needs a small regenerative cell on the side of the tank.

5) 다른 에칭 공정들은 과망간산염을 기반으로 하기 때문에, 과망간산염과 Mn(II) 이온들이 반응한 결과로 이산화망간에 의한 빠른 "슬러징(sludging)" 및 에칭제의 매우 짧은 수명이 야기된다. 이는, Mn(III) 기반 에칭제(시간 경과에 따른 약간의 불균등이 존재할 수 있기는 하다)의 경우에는 문제가 되지 않을 것이다.5) Because other etching processes are based on permanganate salts, the reaction of permanganate and Mn (II) ions results in fast "sludging" by manganese dioxide and a very short lifetime of the etchant. This would not be a problem in the case of Mn (III) based etchants (there may be some unevenness over time).

6) 본 발명에 따른 Mn(III)의 전해 생성은 어떠한 독성 기체도 생성하지 않는다. 약간의 수소가 캐소드에서 생성될 수는 있으나, 낮은 전류 요건으로 인해, 이는 다수의 도금 공정들에 의해 생성되는 양보다는 더 소량일 것이다.6) The electrolytic generation of Mn (III) according to the present invention does not produce any toxic gas. Although some hydrogen may be produced at the cathode, due to the low current requirements, this will be less than the amount produced by multiple plating processes.

본 명세서에 기술된 바와 같이, 바람직한 양태에서, 상기 산은 황산이다. 황산의 농도는 약 9몰 내지 약 15몰일 수 있다. 상기 공정에 있어서 황산의 농도는 중요하다. 약 9몰 미만의 농도에서는, 에칭 속도가 지나치게 느려져서 유용하지 않고, 약 14몰 초과의 농도에서는, 상기 용액 중의 망간 이온들의 용해도가 지나치게 낮아져서 용액 중에서의 망간의 유용한 농도가 얻어지지 않는다. 또한, 매우 높은 농도의 황산은 공기로부터 수분을 흡수하는 경향이 있어 취급하기에 위험하다. 따라서, 바람직한 양태에서, 황산의 농도는 약 12몰 내지 13몰이다. 이러한 황산 농도는 에칭제에 대한 물의 안전한 첨가를 허용하기에는 충분히 묽으면서도 플라스틱의 에칭 속도를 최적화시키기에는 충분히 강하다. 이러한 황산 농도에서는, 바람직한 에칭 작업 온도에서 약 0.08M 이하의 황산망간이 용해될 수 있다. 최적의 에칭을 위해서는, 용액 중 망간 이온들의 농도가 실현 가능한 만큼 높아야 한다.As described herein, in a preferred embodiment, the acid is sulfuric acid. The concentration of sulfuric acid may be from about 9 moles to about 15 moles. In this process, the concentration of sulfuric acid is important. At concentrations less than about 9 moles, the etch rate is too slow to be useful, and at concentrations above about 14 moles, the solubility of the manganese ions in the solution is too low to obtain useful concentrations of manganese in solution. In addition, very high concentrations of sulfuric acid tend to absorb moisture from the air and are dangerous to handle. Thus, in a preferred embodiment, the concentration of sulfuric acid is from about 12 moles to 13 moles. This sulfuric acid concentration is sufficiently dilute to allow safe addition of water to the etchant, yet strong enough to optimize the etch rate of the plastic. At this sulfuric acid concentration, about 0.08 M or less manganese sulfate can be dissolved at the desired etching operating temperature. For optimal etching, the concentration of manganese ions in solution must be as high as practicable.

망간(II) 이온들은 바람직하게는 황산망간, 탄산망간 및 수산화망간으로 이루어진 그룹으로부터 선택되지만, 당업계에 공지된 기타 유사한 망간(II) 이온 공급원들도 본 발명의 실시에서 유용할 것이다. 망간(II) 이온들의 농도는 약 0.005몰 내지 포화 농도 범위일 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 전해질은 콜로이드성 이산화망간을 추가로 포함할 수 있다. 이는, 어느 정도까지는, 용액 중 망간(III)이 불균등화된 자연적인 결과로서 형성될 수 있거나, 의도적으로 첨가될 수 있다. 콜로이드성 이산화망간의 제조 방법들은 당업계에 익히 공지되어 있다.The manganese (II) ions are preferably selected from the group consisting of manganese sulfate, manganese carbonate and manganese hydroxide, but other similar manganese (II) ion sources known in the art will also be useful in the practice of the present invention. The concentration of manganese (II) ions may range from about 0.005 moles to the saturation concentration. In one embodiment, the electrolyte may further comprise colloidal manganese dioxide. This can, to some extent, be formed as a disproportionate natural consequence of manganese (III) in solution, or intentionally added. Methods for making colloidal manganese dioxide are well known in the art.

망간(III) 이온들은 편리하게는, 전기화학적 수단에 의해 망간(II) 이온들을 산화시킴으로써 발생될 수 있다. 3가 망간 이온들의 효율적인 생성 방법이 밝혀졌으며, 백금 또는 백금화된 티타늄 애노드를 사용하는 경우, 망간(II)은 0.1 내지 0.4A/d㎡의 전류 밀도에서 망간(III)으로 효율적으로 산화될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 전류 밀도에서, 본 발명자들은 상기 환경하에 망간(II)의 전환 효율이 100%에 달한다는 것을 밝혀내었다. 또한, 0.1 내지 0.4A/d㎡의 전류 밀도에서, 백금화된 티타늄 애노드를 사용하는 경우, 애노드 전위가 산소 방전 전위 미만이어서 망간(III) 이온들이 고효율로 생성된다. 본 발명자들은 이러한 방법에 의해 ABS의 에칭을 달성할 수 있음을 밝혀내었다.Manganese (III) ions can conveniently be generated by oxidizing manganese (II) ions by electrochemical means. (III) can be efficiently oxidized to manganese (III) at a current density of 0.1 to 0.4 A / dm 2 when a platinum or platinumated titanium anode is used . At such a current density, the present inventors have found that the conversion efficiency of manganese (II) reaches 100% under the above environment. Further, when a platinumated titanium anode is used at a current density of 0.1 to 0.4 A / dm 2, the anode potential is lower than the oxygen discharge potential, and manganese (III) ions are produced with high efficiency. The present inventors have found that etching of ABS can be achieved by this method.

상기 전극들은 백금, 백금화된 티타늄, 이리듐 옥사이드 피복된 티타늄, 니오븀 및 기타 적합한 물질들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 또한 상기 캐소드는 백금, 백금화된 티타늄, 니오븀, 이리듐 옥사이드 피복된 티타늄 또는 임의의 기타 적합한 물질로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 백금 또는 백금화된 티타늄이다. 상기 애노드는 백금화된 티타늄, 백금, 이리듐/탄탈륨 옥사이드, 니오븀, 또는 임의의 기타 적합한 물질로 제조될 수 있으며, 이는 바람직하게는 백금 또는 백금화된 티타늄이다. 망간(III) 이온들의 효율적인 발생을 위해, 일반적으로는 캐소드 면적에 비해 더 넓은 애노드 면적을 사용할 필요가 있다. 바람직하게는, 애노드 대 캐소드의 면적비는 약 10:1 이상이다. 이에 의해, 캐소드가 전해질 중에 직접 액침될 수 있어, 분할된 전해조를 가질 필요가 없다(상기 공정이 분할된 전해조 장치에 의해서도 작업될 수 있기는 해도, 이는 불필요한 복잡성 및 비용을 야기할 것이다).The electrodes may comprise a material selected from the group consisting of platinum, platinumized titanium, iridium oxide coated titanium, niobium, and other suitable materials. The cathode may also be made of platinum, platinumized titanium, niobium, iridium oxide coated titanium or any other suitable material, preferably platinum or platinumated titanium. The anode can be made of platinumized titanium, platinum, iridium / tantalum oxide, niobium, or any other suitable material, which is preferably platinum or platinized titanium. For efficient generation of manganese (III) ions, it is generally necessary to use a larger anode area than the cathode area. Preferably, the area ratio of the anode to the cathode is at least about 10: 1. Thereby, the cathode can be directly immersed in the electrolyte, so that it is not necessary to have a divided electrolyzer (although this process can also be performed by the divided electrolyzer apparatus, this will cause unnecessary complexity and cost).

추가로, 상기 전해질이 어떠한 과망간산염 이온들도 함유하지 않는 것이 일반적으로 바람직하다.In addition, it is generally preferred that the electrolyte not contain any permanganate ions.

또 다른 양태에서, 본 발명은, 준안정성 설페이트 착물에 상기 도금가능한(platable) 플라스틱을 상기 도금가능한 플라스틱의 표면을 에칭하기 위한 시간 동안 액침시킴을 포함한다. 하나의 양태에서, 상기 도금가능한 플라스틱은 30 내지 80℃의 온도에서 상기 용액에 액침된다. 에칭 속도는 온도에 따라 증가하며, 50℃ 미만에서는 매우 느리다. 온도의 상한치는 에칭되는 플라스틱의 성질에 의해 결정된다. ABS는 70℃가 넘는 온도에서 변형되기 시작하며, 따라서, 바람직한 양태에서, 특히 ABS 물질들을 에칭하는 경우 전해질의 온도는 약 50 내지 약 70℃로 유지된다. 전해질 중의 상기 플라스틱의 액침 시간은 바람직하게는 약 20분 내지 약 30분이다.In another aspect, the present invention comprises immersing the platable plastic in a metastable sulfate complex for a time to etch the surface of the platable plastic. In one embodiment, the platable plastic is immersed in the solution at a temperature of 30 to 80 占 폚. The etch rate increases with temperature and is very slow at less than 50 ° C. The upper limit of the temperature is determined by the nature of the plastic being etched. ABS begins to deform at temperatures above 70 DEG C, and thus, in a preferred embodiment, the temperature of the electrolyte is maintained at about 50 to about 70 DEG C, especially when etching ABS materials. The immersion time of the plastic in the electrolyte is preferably about 20 minutes to about 30 minutes.

이러한 방식으로 에칭된 제품(article)들은 도금되는 플라스틱에 대한 통상의 전처리를 사용하여 후속적으로 전기도금될 수 있거나, 상기 플라스틱의 에칭된 표면은 페인트, 래커 또는 기타 표면 피복제들의 부착력을 증진시키는 데 사용될 수 있을 것이다.The etched articles in this way may be subsequently electroplated using conventional pretreatment of the plated plastic or the etched surface of the plastic may be used to enhance the adhesion of paint, lacquer or other surface coatings Can be used.

하기 실시예들에 기술된 바와 같이, 본 발명의 발명자들은, 본 발명의 에칭제에 사용되는 망간(II) 이온들의 농도에서는 상기 산화가 확산 제어되므로(diffusion controlled) 전해 산화 공정 동안에 에칭 용액의 효율적인 교반이 필요하다는 것을 사이클릭 볼타메트리(cyclic voltammetry)에 의해 밝혀내었다.As described in the following examples, the inventors of the present invention found that the concentration of manganese (II) ions used in the etchant of the present invention is diffusion controlled, so that during the electrolytic oxidation process, The need for stirring was revealed by cyclic voltammetry.

또 다른 양태에서, 본 발명은 일반적으로, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 전해질에 관한 것으로, 상기 전해질은 9몰 내지 15몰 황산 또는 인산 용액 중의 망간(II) 용액을 포함한다. 상기 전해질은 산화되어 망간(III) 이온들을 형성하고, 여기서, 상기 망간(III) 이온들은, 황산이 사용되는 경우, 준안정성 설페이트 착물을 형성한다.In another aspect, the present invention generally relates to an electrolyte capable of etching a platable plastic, wherein the electrolyte comprises a manganese (II) solution in a 9 to 15 moles sulfuric acid or phosphoric acid solution. The electrolyte is oxidized to form manganese (III) ions, wherein the manganese (III) ions form a metastable sulfate complex when sulfuric acid is used.

이제, 본 발명을 다음의 비제한적 실시예들을 통해 예시할 것이다.Now, the present invention will be illustrated through the following non-limiting examples.

비교 실시예 1:Comparative Example 1:

12.5몰 황산 중의 0.08몰 황산망간 용액(500㎖)을 70℃로 가열하고, 도금가능 등급 ABS 1조각을 상기 용액에 액침시켰다. 상기 용액 중에 1시간 동안 액침된 후에도, 상기 시험 패널의 식별가능한 에칭은 존재하지 않았고, 세척시, 상기 표면은, "습윤"되지 않았으며, 비파괴된 수막(unbroken film of water)을 유지시키지 않았다.A solution of 0.08 mols of manganese sulfate (500 ml) in 12.5 mols sulfuric acid was heated to 70 占 폚 and one piece of platable grade ABS was immersed in the solution. Even after being immersed in the solution for one hour, there was no discernible etch of the test panel, and upon washing, the surface was not "wetted" and did not maintain an unbroken film of water.

실시예Example 1: One:

면적 1d㎡의 백금화된 티타늄 애노드 및 표면적 0.01d㎡의 백금화된 티타늄 캐소드를 비교 실시예 1의 용액에 액침시키고 5시간 동안 200mA의 전류를 인가함으로써, 비교 실시예 1의 용액을 전기분해하였다.The solution of Comparative Example 1 was electrolyzed by immersing the platinumed titanium anode having an area of 1 dm 2 and the platinumized titanium cathode having a surface area of 0.01 dm 2 in the solution of Comparative Example 1 and applying a current of 200 mA for 5 hours .

이러한 전기분해 기간 동안, 상기 용액은 거의 무색으로부터 매우 진한 퍼플색/적색으로 변색되는 것으로 관찰되었다. 과망간산염 이온들은 존재하지 않는 것으로 확인되었다.During this electrolysis period, the solution was observed to be discolored from almost colorless to very dark purple / red. It was confirmed that no permanganate ions were present.

이어서, 상기 용액을 70℃로 가열하고, 도금가능 등급 ABS 1조각을 상기 용액에 액침시켰다. 액침시킨 지 10분 후, 상기 시험편은 완전히 습윤되었으며, 세척 후에는 비파괴된 수막을 유지시켰다. 액침시킨 지 20분 후, 상기 샘플을 물로 세척하고, 건조시키고, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 검사하였다. 상기 검사는, 상기 시험편이 실질적으로 에칭되었으며 다수의 에치 피트(etch pit)들이 육안으로 관찰됨을 보여주었다.The solution was then heated to 70 DEG C and one piece of platable grade ABS was immersed in the solution. After 10 minutes of immersion, the test piece was thoroughly wetted and the non-destructed water film was retained after washing. After 20 minutes of immersion, the sample was washed with water, dried and examined using a scanning electron microscope (SEM). The test showed that the test piece was substantially etched and a large number of etch pits were observed with the naked eye.

실시예 2:Example 2:

도금가능 등급 ABS의 시험편을 실시예 1에서와 같이 제조된 용액 중에서 30분 동안 70℃에서 에칭하였다. 이어서, 상기 샘플을 세척하고, 다음의 전처리 순서를 사용하여 도금하였다:Test specimens of platable grade ABS were etched at 70 캜 for 30 minutes in the solution prepared as in Example 1. The sample was then washed and plated using the following pretreatment procedure:

1) 플라스틱 상의 도금을 위한 전매 제제(proprietary preparation)(M-뉴트럴라이즈(M-neutralize), 구입원: 맥더미드, 인코포레이티드(MacDermid, Inc))에서의 처리1) Treatment in a proprietary preparation (M-neutralize, purchased from MacDermid, Inc.) for plating on plastic

2) 세척2) Washing

3) 30% 염산에서의 예비-침지(pre-dip)3) Pre-dip in 30% hydrochloric acid < RTI ID = 0.0 >

4) 전매 팔라듐 콜로이드 활성제(D34 C, 구입원: 맥더미드, 인코포레이티드.)에서의 활성화4) Activation in a propellant palladium colloid activator (D34 C, purchased from McDermid, Inc.)

5) 세척5) Washing

6) 전매 제제(Macuplex Ultracel 9369, 구입원: 맥더미드, 인코포레이티드.)에서의 촉진6) Promotion in the formulations (Macuplex Ultracel 9369, purchased from McDermid, Inc.)

7) 세척7) Washing

8) 무전해 니켈 공정에서의 도금(Macuplex J64, 구입원: 맥더미드, 인코포레이티드.)8) Plating in electroless nickel process (Macuplex J64, purchased from McDermid, Inc.)

9) 세척9) Washing

10) 산 구리 공정에서의, 30㎛ 두께로의 도금(CuMac Optima, 구입원: 맥더미드)10) Plating to a thickness of 30 탆 in a copper copper process (CuMac Optima, purchased from McDermid)

모든 경우에, 상기 공정 파라미터들은, 각각의 제품에 대한 기술 데이터 시트에서 권고된 바와 같았다.In all cases, the process parameters were as recommended in the technical data sheet for each product.

구리 도금 공정을 완료한 후, 상기 샘플을 건조시키고 검사하였다. 상기 구리 침착물은 블리스터링(blistering)의 증거 없이 밝고 선명했으며, 상기 기재에 대한 상기 침착물의 우수한 부착력을 나타냈다.After completing the copper plating process, the sample was dried and inspected. The copper deposit was bright and clear without evidence of blistering and showed good adhesion of the deposit to the substrate.

실시예 3:Example 3:

12.5M 황산 및 0.08M 황산망간(II)을 함유하는 용액을, 백금화된 티타늄 애노드를 사용하여 0.2A/d㎡의 전류 밀도에서 전기분해하였다. 상기 애노드에서 생성된 Mn(III) 이온들의 캐소드 환원을 방지하기 위해, 상기 애노드 면적의 1% 미만의 면적을 갖는 백금화된 티타늄 캐소드를 사용하였다. 상기 전기분해는, 모든 망간(II) 이온들을 망간(III)으로 산화시키기에 충분한 쿨롱(coulomb)이 통과하도록 충분히 오래 수행하였다. 수득된 용액은 짙은 체리 퍼플색/적색이었다. 이러한 단계 동안에 발생하는 과망간산염 이온들은 없었다. 또한, 가시광 분광학에 의해, Mn(III) 이온들은 과망간산염 용액의 흡수 스펙트럼과는 완전히 상이한 흡수 스펙트럼을 발생시킨 것으로 확인되었다.A solution containing 12.5 M sulfuric acid and 0.08 M manganese (II) sulfate was electrolyzed at a current density of 0.2 A / dm 2 using a plated titanium anode. In order to prevent cathode reduction of the Mn (III) ions generated in the anode, a platinumized titanium cathode having an area of less than 1% of the anode area was used. The electrolysis was long enough to allow a coulomb sufficient to oxidize all manganese (II) ions to manganese (III). The resulting solution was dark cherry purple / red. There were no permanganate ions that occurred during this step. In addition, it was confirmed by visible light spectroscopy that the Mn (III) ions generated an absorption spectrum completely different from the absorption spectrum of the permanganate solution.

실시예 4:Example 4:

실시예 3에 기술된 바와 같이 제조된 에칭 용액을 자기 교반기/핫플레이트 상에서 65 내지 70℃로 가열하고, ABS의 시험 쿠폰들을 상기 용액에 20분 내지 30분 동안 액침시켰다. 이들 시험 쿠폰들 중 일부는 SEM에 의해 검사하였고 일부는 플라스틱 전처리 순서(M-뉴트럴라이즈에서의 환원, 예비침지, 활성화, 촉진, 무전해 니켈, 25 내지 30㎛로의 구리 도금)로 정상 도금 가공하였다. 이어서, 이들 시험 쿠폰들을 어닐링하고, 인스트론(Instron) 기기를 사용하여 박리 강도 시험을 수행하였다.The etch solution prepared as described in Example 3 was heated to 65-70 DEG C on a magnetic stirrer / hotplate and test coupons of ABS were immersed in the solution for 20-30 minutes. Some of these test coupons were inspected by SEM and some were normal plated with a plastic pretreatment sequence (reduction in M-neutralization, pre-dipping, activation, acceleration, electroless nickel, copper plating to 25-30 μm) . These test coupons were then annealed and a peel strength test was performed using an Instron instrument.

30분 동안 도금된 쿠폰들에 대해 수행된 박리 강도 시험은 약 1.5 내지 4N/㎝에서 가변적인 박리 강도를 나타냈다.Peel strength tests performed on coupons plated for 30 minutes exhibited variable peel strength at about 1.5 to 4 N / cm.

12.5M 황산 및 0.08M 황산망간을 함유하는 용액으로부터, 표면적 0.196㎠의 백금 회전 디스크 전극(RDE: rotating disk electrode)을 다양한 회전 속도에서 사용하여 사이클릭 볼타모그램(cyclic voltammogram)들을 얻었다. 모델 263A 퍼텐쇼스탯(potentiostat) 및 은/염화은 참조 전극을 상기 RDE와 함께 사용하였다.Cyclic voltammograms were obtained from a solution containing 12.5 M sulfuric acid and 0.08 M manganese sulfate using a rotating disk electrode (RDE) having a surface area of 0.196 cm 2 at various rotational speeds. A Model 263A potentiostat and a silver / silver chloride reference electrode were used with the RDE.

모든 경우에, 전방향 주사(forward scan)는, Ag/AgCl에 대해 대략 1.6V에서의 피크에 이어 약 1.75V까지의 플래토(plateau)에 이은 전류의 증가를 나타냈다. 역방향 주사(reverse scan)는 이와 유사한 플래토(약간 더 낮은 전류에서) 및 대략 1.52V에서의 피크를 생성하였다. 이들 결과들의, 전극 회전 속도에 대한 의존성은, 질량 이동 제어(mass transport control)가 상기 메커니즘에 있어서의 주요 인자임을 시사한다. 상기 플래토는, 전기화학적 산화에 의해 Mn(III) 이온들이 형성될 때의 전위 범위를 나타낸다.In all cases, a forward scan showed an increase in current following a peak at about 1.6 V for Ag / AgCl followed by a plateau up to about 1.75 V. A reverse scan produced a similar plateau (at slightly lower current) and a peak at approximately 1.52V. The dependence of these results on electrode rotation speed suggests that mass transport control is a major factor in the mechanism. The platelet represents a potential range when Mn (III) ions are formed by electrochemical oxidation.

정전위 주사(potentiostatic scan)는 1.7V에서 수행되었다. 상기 전위는 초기에는 강하되었다가 이후 일정 시간에 걸쳐 증가한 것으로 관찰되었다. 이러한 전위에서의 전류 밀도는 0.15 내지 0.4A/d㎡로 가변적이었다.Potentiostatic scans were performed at 1.7V. It was observed that the potential dropped initially and then increased over time. The current density at this potential was variable from 0.15 to 0.4 A / dm < 2 >.

상기 실험 후, 0.3A/d㎡의 일정 전류 밀도에서 정전류 측정(galvanostatic measurement)을 수행하였다. 초기에, 인가된 전류 밀도는 약 1.5V의 전위에 의해 달성되었지만, 실험이 진행됨에 따라, 약 2400초 후, 약 1.75V까지의 전위 증가가 관찰되었다.After the above experiment, a galvanostatic measurement was performed at a constant current density of 0.3 A / dm 2. Initially, the applied current density was achieved by a potential of about 1.5 V, but as the experiment progressed, a potential increase of about 1.75 V was observed after about 2400 seconds.

상기 실험 결과들은, 백금 또는 백금화된 티타늄 애노드를 사용하여 낮은 전류 밀도에서의 전기합성(electrosynthesis)에 의해, 망간(III) 이온들이 발생될 수 있음을 입증한다.The experimental results demonstrate that manganese (III) ions can be generated by electrosynthesis at low current density using platinum or platinumized titanium anodes.

10분이 넘는 에칭 기간 후, 상기 ABS 시험 쿠폰들의 표면은 완전히 습윤되었으며 세척 후에는 비파괴된 수막을 유지시켰음이 관찰되었다. 20분 또는 30분의 기간 후에는, 상기 패널들이 현저하게 에칭되었다.After an etch period of more than 10 minutes, the surfaces of the ABS test coupons were completely wetted and remained non-destructed after the wash. After a period of 20 minutes or 30 minutes, the panels were significantly etched.

Claims (22)

도금가능한(platable) 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법으로서,
9몰(mloar) 내지 15몰 황산 용액 중의 망간(II) 이온들을 포함하는 전해질을 전해조(electrolytic cell)에 제공하는 단계;
애노드 및 캐소드를 포함하는 상기 전해조에 전류를 인가하며, 여기서, 상기 애노드 전류 밀도가 0.1 내지 0.4A/d㎡인 단계; 및
상기 전해질을 산화시켜 망간(III) 이온들을 형성하며, 여기서, 상기 망간(III) 이온들은 준안정성 설페이트 착물을 형성하는 단계
를 포함하는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.
1. A method of producing a solution capable of etching a platable plastic,
Providing an electrolytic cell with an electrolyte comprising manganese (II) ions in a solution of from 9 moles to 15 moles sulfuric acid;
Applying an electric current to the electrolytic cell comprising an anode and a cathode, wherein the anode current density is 0.1 to 0.4 A / dm 2; And
Oxidizing the electrolyte to form manganese (III) ions, wherein the manganese (III) ions form a metastable sulfate complex
≪ / RTI > wherein the platable plastic can be etched.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 황산이 12몰 내지 13몰의 농도를 갖는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the sulfuric acid has a concentration of 12 to 13 moles. 제1항에 있어서, 상기 망간(II) 이온들이 황산망간, 탄산망간 및 수산화망간으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.The method according to claim 1, wherein the manganese (II) ions are selected from the group consisting of manganese sulfate, manganese carbonate and manganese hydroxide. 제1항에 있어서, 상기 용액이 콜로이드성 이산화망간을 추가로 포함하는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.The method of claim 1, wherein said solution is capable of etching platable plastic, further comprising colloidal manganese dioxide. 제1항에 있어서, 상기 전해질 중의 망간(II) 이온들의 농도가 0.005몰 내지 포화 농도인, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.The method of producing a solution according to claim 1, wherein the plating solution is capable of etching a platable plastic in which the concentration of manganese (II) ions in the electrolyte is 0.005 mol to a saturation concentration. 제1항에 있어서, 상기 캐소드가 백금, 백금화된 티타늄, 이리듐/탄탈륨 옥사이드, 및 니오븀으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 물질을 포함하는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the cathode comprises a material selected from the group consisting of platinum, platinumized titanium, iridium / tantalum oxide, and niobium. 제7항에 있어서, 상기 캐소드가 백금화된 티타늄 또는 백금인, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.8. The method of claim 7, wherein the cathode is platinumized titanium or platinum. 제1항에 있어서, 상기 애노드의 면적이 상기 캐소드의 면적보다 더 큰, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.2. The method of claim 1, wherein the plating is capable of etching a platable plastic, wherein the area of the anode is larger than the area of the cathode. 제9항에 있어서, 상기 애노드 대 상기 캐소드의 면적비가 10:1 이상인, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.10. The method of claim 9, wherein an area ratio of the anode to the cathode is at least 10: 1. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 전해질의 온도가 30℃ 내지 80℃로 유지되는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.The method according to claim 1, wherein the temperature of the electrolyte is maintained at 30 占 폚 to 80 占 폚. 제1항에 있어서, 상기 전해질이 어떠한 과망간산염도 포함하지 않는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the electrolyte is capable of etching a platable plastic that does not contain any permanganate salt. 제1항에 있어서, 상기 도금가능한 플라스틱을 에칭하기 위한 시간 동안 상기 준안정성 설페이트 착물에 상기 도금가능한 플라스틱을 액침(immersion)시키는 단계를 추가로 포함하는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.3. The method of claim 1, further comprising immersing the platable plastic in the metastable sulfate complex for a time to etch the platable plastic. Way. 제14항에 있어서, 상기 도금가능한 플라스틱이 상기 준안정성 설페이트 착물에 20분 내지 30분 동안 액침되는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.15. The method of claim 14, wherein the platable plastic is immersed in the metastable sulfate complex for 20 to 30 minutes. 제15항에 있어서, 상기 도금가능한 플라스틱이 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 또는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌/폴리카보네이트를 포함하는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 용액의 제조 방법.16. The method of claim 15, wherein the platable plastic is capable of etching a platable plastic comprising acrylonitrile-butadiene-styrene or acrylonitrile-butadiene-styrene / polycarbonate. 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 전해질로서, 9몰 내지 15몰 황산 용액 중의 망간(III) 이온들을 포함하고, 상기 망간(III) 이온들이 0.1 내지 0.4A/d㎡의 애노드 전류 밀도에서 전기분해에 의해 생성되는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 전해질.An electrolyte capable of etching a platable plastic, said electrolyte comprising manganese (III) ions in a 9 to 15 moles sulfuric acid solution, said manganese (III) ions being subjected to electrolysis at an anode current density of 0.1 to 0.4 A / An electrolyte capable of etching a platable plastic. 삭제delete 제17항에 있어서, 상기 황산이 12몰 내지 13몰의 농도를 갖는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 전해질.18. The electrolyte according to claim 17, wherein the sulfuric acid has a concentration of 12 to 13 moles. 제17항에 있어서, 상기 전해질이 콜로이드성 이산화망간을 추가로 포함하는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 전해질.18. The electrolyte of claim 17, wherein the electrolyte further comprises a colloidal manganese manganese. 제17항에 있어서, 상기 전해질이 어떠한 과망간산염도 포함하지 않는, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 전해질.18. The electrolyte according to claim 17, wherein the electrolyte does not contain any permanganate salts. 제17항에 있어서, 상기 전해질 중의 망간(III) 이온들의 농도가 0.005몰 내지 포화 농도인, 도금가능한 플라스틱을 에칭할 수 있는 전해질.The electrolyte according to claim 17, wherein the concentration of manganese (III) ions in the electrolyte is 0.005 mole to a saturation concentration.
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